JPS594531B2 - ４サイクルエンジンの排気管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は４サイクルエンジンの出力向上を図つた排気管
に関する。

更に詳しくは、排出口側を先細りや先太りの如くその径
が変化する滑めらかな異径部とし、該異径部の有効断面
積を適正値範囲に設定することにより、車輌の低・中速
度のトルク、出力向上を図るようにした４サイクルエン
ジンの排気管に関する。

ピストン式エンジンの出力向上、換言すれば吸入効率向
上のために、排気管による慣性効果と脈動効果の利用は
一般によく知られている。

内燃機関のうちで２サイクルエンジンでは短い排気管に
先太りテーパー状のダイパージエンドコーン、これに続
けて同径が連続したストレート部、この次に先細りテー
パー状のコンバージエントコーンを連続して形成し、排
気管の排出口側を中脹み状とし、これによつて出力向上
を図るようにしたのが一般的である。４サイクルエンジ
ンにおいてもこれと類似の手法が試みられたが、排気管
の排出口側をダイパージエンドコーン状に滑めらかに拡
開させた後、コンバージエントコーン状に滑めらかに絞
つたのでは全く効果は得られず、従来において顕著な効
果が得られた例はなかつた。

４サイクルエンジンにおいて、排気管によつて出力を向
上させるためには形状、寸法の設定を適切とすることが
要求され、従来で余り効果が得られなかつたのはこのた
めであり、排気管は従来では同径を連続させたストレー
ト管となつていた。

然し乍ら４サイクルエンジンにおいても排気管の長さと
径を選定することにより低速トルク型、高速トルク型等
の特性を選択できることは知られており、この効果の理
由はブローダウン圧力の管端反射による脈動効果の利用
と考えられる。

通常はかかる効果を得られる反面、特定の回転数域では
これの逆作用が発生し、低トルク部分が生じることは避
けられない。本発明者は以上の如き従来の問題点に鑑み
、高回転高出力４サイクルエンジンにおいて高速域での
最高出力はもとより、低・中速域でもトルク、出力向上
を達成すべく本発明を成したものである。

本発明の目的とする処は、排出口側をテーパー状の滑め
らかな先細り、先太り、或はこれを組み合せて長さ方向
に径が変化する異径部とし、該異径部の有効断面積の適
正な範囲を選定することにより、自動車、自動二輪車等
の車輌の特に低速域、中速域の出力向上を図り、車輌の
性能向上を企図した４サイクルエンジンの排気管を提供
する。第１図は本発明に係る排気管１０を装備した自動
二輪車１を示し、排気管１０は基端部、即ち排気ガスの
上流側で４サイクルエンジン２に接続され、排気ガス下
流側に消音器３が設けられる。排気管１０の排出口側を
消音器３内に挿入し、この排出口側を排気管１０の主管
部１１に対してその径を長さ方向に沿つて滑めらかに変
化させた異径部１２とする。第２図、第３図で示した排
気管１０は後述する第３実施例に相当するため、異径部
１２は排気ガス流通方向に従つて先細り部１２ａ１先太
り部１２ｂの順序で形成されている。主管部１１と接続
され、消音器３に収容された異径部１２の後端を消音器
３内の隔板４に貫通させ、排気管１０の排出口側を滑め
らかな異径部１２とするとともに、異径部１２を消音器
３の拡張室Ｓに臨ませる。次に本発明に係る排気管の各
実施例について述べる。

第４図で示した第一実施例の排気管２０は排出口側を主
管部２１に対して滑めらかに絞つたテーパー状の先細り
部２２とし、異径部はその径が次第に減少するコンパー
ジエントコーン状となつている。

この排気管２０は自動二輪車等の車輌の主に低速域にお
けるトルク、出力向上を主眼としている。主管部２１の
径の二乗、即ち先細り部２２の最大径の二乗を４サイタ
ルエンジンにおける排気弁口径の二乗の８０％〜１５０
Ｚ０とし、入口部２２ａで測る先細り部２２の最大有効
断面積を排気弁口有効断面積の８０％〜１５０％の範囲
に設定する。又主管部２１の長さ寸法は実用上無理のな
い長さであればよい。先細り部２２の入口部２２ａを大
きな通路抵抗を発生させない径で形成し、且つこの入口
部２２ａに対する出口部２２ｂの開口面積比を３０％〜
８０？とし、先細り部２２の最小有効断面積を先細り部
２２の最大有効断面積の３０％〜８０％の範囲に設定す
る。

望ましくは５０％程度とする。先細り部２２の長さは効
果を期待するエンジンの回転数によつて選定するものと
し、入口部２２ａと出口部２２ｂとをなだらかに結ぶよ
うにする。第５図で示した第二実施例の排気管３０は排
出口側を主管部３１に対して滑めらかにテーパー状に拡
開させた先太り部３２としており、異径部をその径が次
第に増大するダイバージエントコーン状とした。この排
気管３０は中速域におけるトルク、出力向上を主眼とし
ている。主管部３１の径で決まる先太り部３２の入口部
３２ａにおける径を４サイクルエンジンの排気弁口径に
応じて選定するものとし、入口部３２ａで測る先太り部
３２の最小有効断面積を第一実施例と同じく排気弁口有
効断面積の８０％〜１５０％の範囲とする。又、最大径
となる出口部３２ｂにおける先太り部３２の最大有効断
面積を入口部３２ａにおける先太り部３２の最小有効断
面積の１３０％−３００７０とする。入口部３２ａを大
きな通路抵抗が発生しない径で形成し、且つ先太り部３
２の長さを効果を期待する回転数に従つて選定するとと
もに、入口部３２ａと出口部３２ｂとをなだらかに結ぶ
。第６図は第三実施例を示す。この実施例に係る排気管
４０の排出口側に形成する異径部はコンパージエントコ
ーン状の先細り部４２とダイバージエントコーン状の先
太り部４３との組み合せとし、排気管４０の主管部４１
に続けて滑めらかに絞つた先細り部４２を設け、この次
に径を次第に増大せしめて滑めらかに拡開させた先太り
部４３を設け、排気管４０を中絞り状とした。先細り部
４２の入口部４２ａにおける最大有効断面積を４サイク
ルエンジンの排気弁口有効断面積の８０７０〜１５０％
とし、且つ先細り部４２の出口部４２ｂにおける最小有
効断面積を入口部４２ａにおける最大有効断面積の３０
〜８０％として第一実施例と同じにする。又先太り部４
３については、出口部４３ｂで測る最大有効断面積を入
口部４３ａ（先細り部４２の出口部４２ｂ）で測る最小
有効断面積の１３０％〜３００％とし、第二実施例と同
じにする。この第三実施例に係る排気管４０は車輌の低
速域及び中速域における出力向上を主眼としている。第
７図で示す第四実施例の排気管５０においては、排出口
側の異径部として主管部５１の次に滑めらかなコンパー
ジエントコーン状の先細り部５２を、この次に同径を連
続させたストレート管部５３を、更にこれに続けて滑め
らかに拡開するダイバージエントコーン状の先太り部５
４を順番に設けた。

先細り部５２と先太り部５４との間のストレート管部５
３の径を先細り部５２の出口部５２ｂと等しくし、この
径を先太り部５４の入口部５４ａまで連続させ、且つス
トレート管部５３の長さを効果を期待する回転数により
選定する。テーパー状に形成した先細り部５２の排気弁
口有効断面積に対する最大有効断面積や、入口部５２ａ
と出口部５２ｂとの有効断面積の比率、更には先太り部
５４の入口部５４ａと出口部５４ｂとの有効断面積の比
率は前記各実施例と同じにする。第８図は排気管に異径
部を形成するための方法の一例を示す。この図面では第
三実施例に係る排気管４０の場合を示しており、同じ径
が長さ方向に連続したバイブ素材Ｗの終端部側をブレス
等で潰して変形させてコンパージエントコーン状の先細
り部４２を形成し、次にダイバージエントコーン状の先
太り部４３を形成する。これにより中絞り状の排気管４
０が得られる。次に従来の排気管と本発明に係る排気管
とを対比した実験結果について述べる。

第９図は吸入効率を比較したグラフを示し、横軸は４サ
イクルエンジンの回転数、縦軸はこのエンジンの吸入効
率である。

従来の排気管６０はストレートタイプであり、その径寸
法ｄ１は２３ｍｍ１長さ寸法１１は１０９０龍である。
又本発明の排気管は第６図で示した排気管４０であり、
主管部４１の径寸法Ｄ２を２３ｍｍとし、その長さ寸法
１２を６００關とした。先細り部４２、先太り部４３の
最大径寸法Ｄ３，ｄ４をともに２３ｍ７！Ｌとし、先細
り部４２と先太り部４３との連絡部分における最小径寸
法Ｄ５を１７ｍ１Ｌ１先細り部４２と先太り部４３の長
さ寸法１３，１４をともに２４５７ｎＴ１とした。グラ
フ中、曲線Ａ１は本発明の排気管４０の場合を示し、曲
線Ｂ１は従来の排気管６０の場合を示す。このグラフが
示す如く、回転数略３×１０３ｒｐｍから７×１０３ｒ
ｐｍ附近までの低速域、中速域において本発明の排気管
４０は従来の排気管６０よりも吸入効率が優れ、排気管
の排出口側に異径部を形成することによりこの領域にお
ける４サイクルエンジンの性能向上を達成できることが
証明された。第１０図乃至第１２図はトルクと馬力を比
較したグラフを示し、夫々のグラフにおいて横軸は４サ
イクルエンジンの回転数、縦軸はこのエンジンのトルク
Ｔと馬力ＰＳである。

第１０図において、トルクＴは曲線Ａ２，Ｂ２で示され
、馬力ＰＳは曲線Ａ３，Ｂ３，Ｃ？示されている。

この実験では従来の排気管として第９図の排気管６０の
他に、主管部７１の次に小径のストレート管部７２を設
けた排気管７０を用いている。この排気管７０の主管部
７１の径寸法Ｄ６は２９．６ｍｍで、その長さ寸法１５
は６００ｍ７７！である。ストレート管部７２の径寸法
Ｄ７は２３ｍｍで、その長さ寸法は２５０ｍｍである。
又本発明に係る排気管としては第９図で示した各寸法サ
イズの排気管４０を用いている。本発明の排気管４０は
曲線Ａ２，Ａ３で示され、従来例のうち一方の排気管６
０は曲線Ｂ２，Ｂ３で、他方の排気管７０は曲線Ｃ３で
示されている。

グラフが示す通りトルクＴについては、本発明に係る排
気管４０は従来の排気管６０よりも略３×１０３ｒｐｍ
から最高回転数までの略全回転数に亘つて高トルク値を
示している。又馬力ＰＳについては、略３×１０３ｒｐ
ｍから８．５×１０３ｒｐｍまでの広範囲の回転数に亘
つて本発明の排気管４０は従来の排気管７０よりも高出
力馬力値を示しており、且つ一方の排気管６０との対比
では略３×１０３ｒｐｍから最高回転数まで本発明の排
気管６０は優れ、本発明の優秀性が立証された。

第１１図は本発明に係る排気管として第４図の排気管２
０を用いた場合であり、この排気管２０は第１、第２の
二種類用意され、夫々の排気管の主管部２１の径寸法Ｄ
８を２３ｍ１Ｌ１その長さ寸法４を５５０７ｎ１Ｌ１先
細り部２２の最大径寸法Ｄ，を２３關として向じにし、
先細り部２２の最小径寸法ＤｌＯについては第１排気管
では１４．５７１ｔ１Ｌ１第２排気管では１３．５韮と
し、先細り部２２の長さ寸法１８については第１排気管
では３５０ｍ１Ｌ１第２排気管では３７５７１Ｌ７１Ｌ
である。従来の排気管としては第９図の排気管６０を用
いた。グラフ中、曲線Ａｊ，Ａ５′は本発明の第１排気
管、曲線Ａ，ｌ′は本発明の第２排気管、曲線Ｂ４，Ｂ
５は従来の排気管６０であり、且つ夫々の曲線のうちＡ
４′，Ｂ４はトルクＴを表わし、Ａ５′，Ａτ，Ｂ５は
馬力ＰＳを表わす。

このグラフが示す通りトルクＴについては、本発明の第
１排気管は特に略３．５×１０３ｒｐｍから６Ｘ１０３
ｒｐｍ附近まで従来の排気管６０よりも高トルクとなり
、又馬力ＰＳについては、本発明の第１、第２排気管は
略３．５×１０３ｒｐｍから略５．５×１０３ｒｐｍ以
上までの従来の排気管６０より高馬力を記録しており、
排出口側にコンパージエントコーン状の先細り部２２を
設けた排気管２０では、主に低速域において出力を向上
させることができる。

第１２図では本発明の排気管として第５図の排気管３０
を用いた。

この排気管３０の主管部３１の径寸法Ｄｌｌは２０１７
７！で、その長さ寸法１，は６５０ｍ１であり、又先太
り部３２の最小径寸法Ｄｌ２は２０ｍｕ１最大径寸法Ｄ
ｌ３は２６ｍｍであつて、その長さ寸法１１０は４００
ｍｍである。従来の排気管としては第９図の排気管６０
を用いた。グラフ中、曲線Ａ６，Ａ７は本発明の排気管
３０であり、曲線Ｂ６，Ｂ７は従来の排気管である。

又夫々の曲線のうちＡ６，Ｂ６はトルタＴを、Ａ７，Ｂ
７は馬力ＰＳを表わす。このグラフが示す通りトルクＴ
及び馬力ＰＳの両方とも本発明の排気管３０は略４．５
×１０３ｒｐｍから略９Ｘ１０３ｒｐｍまで従来の排気
管よりも優れ、排出口側をダイバージエントコーン状と
した先太り部３２の排気管３０においては主に中速域で
出力を向上させることができる。

以上の説明で明らかなように本発明によれば、排気管の
排出口側を先細りや先太り、或はこれの組み合せで異径
部とすることにより、４サイクルエンジンの出力を向上
させることができ、従来において解明されていなかつた
異径部の有効断面積の範囲が判明し、４サイクルエンジ
ンにおいても排気管にコンパージエントコーン状やダイ
バージエントコーン状のテーパー部分を設けることによ
り、エンジン性能の向上を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る排気管を備える自動二輪車の側面
図、第２図は排気管と消音器部分の図、第３図は異径部
を収容した消音器の部分断面図、第４図乃至第７図は異
径部の各実施例を示し、第４図は異径部を先細りとした
排気管の図、第５図は異径部を先太りとした排気管の図
、第６図は異径部を先細り、先太りの順とした排気管の
図、第７図は異径部を先細り、ストレート部、先太りの
順とした排気管の図、第８図は異径部を形成する方法の
一例を示す図、第９図乃至第１２図は本発明と従来の排
気管の実験結果を示すグラフで、第９図は夫々の回転数
における吸入効率を示すグラフ、第１０図乃至第１２図
は夫々の回転数におけるトルクと馬力を示すグラフであ
る。 尚図面中、１０，２０，３０，４０，５０は排気管、１
２ａ，２２，４２，５２は先細り部、１２ｂ，３２，４
３，５４は先太り部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ４サイクルエンジンの排気管において、排出口側を
   その径が滑らかに変化する異径部として形成し、該異径
   部を先細り部の次に先太り部を設けた中絞り状に形成し
   、且つ先細り部より手前の排気管径を同一径とし、更に
   上記先細り部の最大有効断面積を４サイクルエンジンの
   排気弁口有効断面積の８０％〜１５０％とするとともに
   、該先細り部の最小有効断面積を上記最大有効断面積の
   ３０％〜８０％とし、且つ上記先太り部の最大有効断面
   積を該先太り部の最小有効断面積の１３０％〜３００％
   として構成したことを特徴とする４サイクルエンジンの
   排気管。